CN110961789A - 一种激光扫描-振动热丝tig复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光扫描‑振动热丝TIG复合焊接方法，主要由激光扫描焊接和振动热丝TIG焊复合而成。焊接时，焊接热源由扫描激光和TIG电弧复合而成，通过对焊丝加热，同时对其进行往复振动，生成振动热丝，并与复合热源共同构成激光扫描‑振动热丝TIG复合焊。该方法中激光扫描焊一方面可以降低工件焊前的装配精度要求，另一方面对熔池的搅拌作用可以降低气孔率和细化组织；预热焊丝可以降低焊接时的热输入，提高熔敷率和焊接效率；对热丝进行振动一方面可以搅拌熔池细化组织，另一方面可以加快熔滴过渡频率，提高焊接效率。

Description

一种激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接加工技术领域，具体涉及到一种激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法。
背景技术
随着当今社会工业水平的不断发展进步，工业设备正日趋大型化，从而对焊接的效率和质量也提出了更高的要求。传统的电弧焊接熔深小、效率低，且焊接过程飞溅大，焊后组织粗大、热影响区宽，影响焊缝性能；而激光焊接虽然能实现深熔焊且焊接效率高，但是高密度的激光能量对焊前工件的装配精度提出了很高的要求，且激光焊深而窄的焊缝中往往存在较多气孔缺陷；将电弧焊与激光焊结合起来的激光电弧复合焊接一定程度上克服了以上问题，但是其焊缝存在分区现象，其中激光区仍存在较多气孔缺陷。以上这些问题在一些重要的工业领域是不允许出现的，因此在保证焊接效率的前提下兼具更高焊接质量的焊接技术对生产有着重要的意义。
专利公开号为CN107414303A的文献提出了一种激光扫描结合激光热丝TIG复合焊接方法，其中常采用小功率激光对焊丝进行预热从而达到降低焊接时的热输入；专利公开号为CN101474726A的文献提出了一种采用填充焊丝的窄间隙激光-电弧复合焊接方法，该方法将TIG焊枪置于中间而激光束与送丝部分分布于焊枪两侧，这样有利于焊接过程熔滴的稳定过渡，但也必然会影响焊接熔深。专利公开号为CN102794542A的文献提出了一种振动送丝堆焊方法，主要利用焊丝的往复振动实现细化组织，但该方法焊接速度低，且无法实现较厚材料的焊接，从而导致整体效率较低。
发明内容
本发明为了解决现有激光焊存在较多气孔缺陷，焊接晶粒粗大，焊接装配精度要求高，熔敷率和焊接效率低等技术问题，提供一种焊前的装配精度要求低，焊接效率高，同时降低气孔率和细化组织的激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法。
本发明提供一种激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其焊接热源由扫描激光和TIG电弧复合而成，通过对焊丝加热，同时对焊丝进行往复振动，生成振动热丝，并与复合热源共同构成激光扫描-振动热丝TIG复合焊。
优选地，组成复合热源的两种热源在不同工艺条件下存在主次之分，当扫描激光功率较大时，此时焊接以激光深熔焊为主，TIG电弧增加热输入为辅；当电弧功率较大时，以TIG焊为主，摆动扫描激光通过搅拌熔池来减少气孔缺陷和细化晶粒。
优选地，摆动扫描激光的摆动轨迹有锯齿形、波浪形、“一”字形、圆形、“8”字形和“∞”形，每种轨迹可实现顺时针和逆时针两种不同方向的扫描。
优选地，为保证复合焊接效果，TIG焊枪和送丝枪都满足横向、纵向、竖直方向以及纵向平面内的旋转4个自由度。
优选地，通过对焊丝加热来减少焊接过程中的热输入，进而提高焊接速度，提升焊接效率。
优选地，焊丝的往复振动方向为沿送丝方向或垂直于焊接方向进行。
优选地，TIG焊枪和送丝枪位于扫描激光束两侧或位于扫描激光束单侧。
优选地，复合焊接方法能够进行自由组合得到激光扫描-冷丝TIG复合焊和激光扫描-TIG复合焊。
本发明的有益效果是：
(1)该复合焊接方法中扫描激光加热范围宽，可以降低焊接前工件的装配精度。
(2)扫描激光在焊接过程中对熔池存在搅拌作用，从而能够降低熔池凝固速度，有利于气泡上浮从而减少气孔缺陷，另外搅拌作用对组织还有细化作用。
(3)焊接前焊丝的预热作用能降低焊接过程中的热输入、提高焊接速度，从而提高熔敷率和焊接效率。
(4)焊丝的往复振动有利于加快熔滴过渡频率，从而提高熔敷率和焊接效率，除此以外也有细化组织的作用。
附图说明
图1是本发明整体示意简图；
图2是本发明局部示意简图。
附图符号说明：
1.激光头；2.扫描激光束；3.送丝枪；4.热丝；5.工件；6.钨极；7.TIG焊枪；8.熔池；9.TIG电弧；10.保护气流。
具体实施方式
本发明提供一种激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，由激光扫描焊接和振动热丝TIG焊复合而成。焊接时，焊接热源由扫描激光和TIG电弧9复合而成，通过对焊丝加热，同时对其进行往复振动，生成振动热丝，并与复合热源共同构成激光扫描-振动热丝TIG复合焊。组成复合热源的两种热源在不同工艺条件下存在主次之分，当扫描激光功率较大时，此时焊接以激光深熔焊为主，TIG电弧9增加热输入为辅；当电弧功率较大时，以TIG焊为主，摆动扫描激光束2搅拌熔池来减少气孔缺陷和细化晶粒。扫描激光束2的摆动轨迹有锯齿形、波浪形、“一”字形、圆形、“8”字形和“∞”形，每种轨迹可实现顺时针和逆时针两种不同方向的扫描。通过对焊丝加热来减少焊接过程中的热输入，进而提高焊接速度，提升焊接效率。
TIG焊枪7和送丝枪3都满足横向、纵向、竖直方向以及纵向平面内的旋转4个自由度，确保复合焊接效果；热丝4的往复振动方向为沿送丝方向或垂直于焊接方向进行；TIG焊枪7和送丝枪4位于扫描激光束2两侧或位于扫描激光束2单侧。
本发明中激光扫描焊一方面可以降低工件5焊前的装配精度要求，另一方面对熔池8的搅拌作用可以降低气孔率和细化组织；预热焊丝可以降低焊接时的热输入，提高熔敷率和焊接效率；对热丝4进行振动一方面可以搅拌熔池8细化组织，另一方面可以加快熔滴过渡频率，提高焊接效率。
下面结合附图和实施例对可本发明做进一步说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。
实施例1
如图1所示，扫描激光束2垂直于焊接板材，送丝枪3和TIG焊枪7分别位于扫描激光束2两侧，送丝枪3与扫描激光束2间夹角α为15°～75°，TIG焊枪7与扫描激光束2间夹角β为15°～60°，扫描激光束2与热丝4以及钨极6间距D1、D2分别为0～8mm和0～10mm。以平行于焊缝方向为X轴，垂直于焊缝方向为Y轴，扫描激光束2沿X轴摆动幅度为-5mm～+5mm，沿Y轴摆动幅度为-5mm～+5mm，摆动频率为10～1500Hz。激光功率可为50～10000W，电弧功率可为10～12000W。热丝4电流为0～180A，送丝速度为0～10m/min，热丝4沿丝方向振幅为0～16Hz，沿Y轴方向振幅为0～30Hz，焊接速度为0～5m/min。焊接过程中保护气为Ar气，流量为10～25L/min。
焊接时开启摆动激光热源后振动热丝TIG焊随即启动，摆动激光与TIG电弧9组成的复合热源不断熔化焊丝和母材得到熔池8，冷却后形成焊缝。可根据实际需求选取以摆动激光热源或TIG电弧9为主，从而实现不同的焊接要求。
实施例2
如图2所示，扫描激光束2垂直于焊接板材，送丝枪3和TIG焊枪7分别位于扫描激光束2同侧，送丝枪3与扫描激光束2间夹角α为15°～75°，TIG焊枪7与扫描激光束2间夹角β为15°～60°，扫描激光束2与热丝4以及钨极6间距D1、D2分别为0～8mm和0～10mm。以平行于焊缝方向为X轴，垂直于焊缝方向为Y轴，扫描激光束2沿X轴摆动幅度为-5mm～+5mm，沿Y轴摆动幅度为-5mm～+5mm，摆动频率为10～1500Hz。激光功率可为50～10000W，电弧功率可为10～12000W。热丝4电流为0～180A，送丝速度为0～10m/min，热丝4沿丝方向振幅为0～16Hz，沿Y轴方向振幅为0～30Hz，焊接速度为0～5m/min。焊接过程中保护气为Ar气，流量为10～25L/min。
焊接时开启摆动激光热源后振动热丝TIG焊随即启动，摆动激光与TIG电弧9组成的复合热源不断熔化焊丝和母材得到熔池8，冷却后形成焊缝。可根据实际需求选取以摆动激光热源或TIG电弧9为主，从而实现不同的焊接要求。
本发明的方法适用于各种厚度和材料的焊接，且并不局限于上述的单一组合方式，该焊接方法中涉及到的各子方法的组合方式均属于本发明权利范围。

Claims (8)

1.一种激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征是，其焊接热源由扫描激光和TIG电弧复合而成，通过对焊丝加热，同时对焊丝进行往复振动，生成振动热丝，并与复合热源共同构成激光扫描-振动热丝TIG复合焊。
2.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：组成所述复合热源的两种热源在不同工艺条件下存在主次之分，当所述扫描激光功率较大时，此时焊接以激光深熔焊为主，所述TIG电弧增加热输入为辅；当电弧功率较大时，以TIG焊为主，摆动所述扫描激光通过搅拌熔池来减少气孔缺陷和细化晶粒。
3.根据权利要求2所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：所述扫描激光的摆动轨迹有锯齿形、波浪形、“一”字形、圆形、“8”字形和“∞”形，每种轨迹可实现顺时针和逆时针两种不同方向的扫描。
4.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于，为保证复合焊接效果，所述TIG焊枪和送丝枪都满足横向、纵向、竖直方向以及纵向平面内的旋转4个自由度。
5.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：通过对所述焊丝加热来减少焊接过程中的热输入，进而提高焊接速度，提升焊接效率。
6.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：所述焊丝的往复振动方向为沿送丝方向或垂直于焊接方向进行。
7.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：所述TIG焊枪和送丝枪位于扫描激光束两侧或位于扫描激光束单侧。
8.根据权利要求1所述激光扫描-振动热丝TIG复合焊接方法，其特征在于：所述复合焊接方法能够进行自由组合得到激光扫描-冷丝TIG复合焊和激光扫描-TIG复合焊。
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